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艉轴轴承有效接触长度对轴系振动的影响

发布时间: 2017-05-08 19:38   2224 次浏览

船舶推进轴系的振动对轴系尤其是螺旋桨轴的影响很大。船舶轴系通过轴承-轴承座与船体相连,受到多种载荷影响而产生振动。载荷、转速、船体变形以及轴承的接触状态均对推进轴系振动产生影响,其中艉轴承与轴的有效接触长度是影响螺旋桨轴振动的重要因素之。艉轴承的作用不仅仅是支承和润滑螺旋桨轴1,当螺旋桨轴工况参数变化引起轴承油膜承载力、轴承有效接触长度发生改变时,艉轴承对螺旋桨轴振动频率和振型也具有明显的影响。因此,研究船舶艉轴承与轴的有效接触长度对于******船舶推进轴系正常工作和保障船舶航行安全具有重要的意义。为******艉轴承具有良好的工作性能,对长径比基金项目:国家自然科学基金项目(51139005)。

  =L/D有明确规定,如白合金艉轴承为A=2.0 ~2.5,赛龙、橡胶等高分子材料艉轴承为4.0,多数是基于轴与轴承中心线平行、整个轴承沿轴向均匀受载的假设进行的,这与船舶艉轴承的实际工况不符。在实际工况中,由于螺旋桨的悬臂作用,艉轴容易产生过大弯曲变形,艉轴承的实际接触长度较设计长度要短,接触面积要小,导致艉轴承边缘效应,局部压力过高,润滑不良,出现过大的振动与噪声,缩短使用寿命。本文作者以船舶艉轴承为研究对象,探寻轴承接触压力分布状况和轴系振动与有效接触长度的关系,目的为改善艉轴承的使用性能和延长使用寿命。

  1轴系轴承的润滑方程船舶轴系轴承为典型的液体动压径向滑动轴承。

  描述径向滑动轴承动力学性能的非定常运动雷诺方程9为:润滑与密封当瓦面为圆弧形时,可用e,eg表示速度扰动,此时27.069m;后艉轴承宽度1120mm;前艉轴承长度有效接触长固有频率f/Hz度L/mm1阶2阶3阶4阶5阶1根据船舶轴系支撑轴承的刚度条件,针对船舶轴系中的后艉轴轴承及前艉轴轴承的有效接触长度变化进行建模。对后艉轴轴承(1120mm),每次通过选取等分点的数目,以160mm为单位减少接触长度;对前艉轴轴承(720mm),同样方法以120mm为单位减少接触长度。在轴系正常转速,并考虑旋转软化和螺旋桨的陀螺效应的条件下,计算得出各种条件下轴系的固有频率和轴承接触处负载变化规律。

  有效接触长固有频率f/Hz度L/mm1阶2阶3阶4阶5阶72022.荷同轴承有效接触长度之间的关系。取Fve= ++F)/n,其中:n表示等分点的数目;表示轴承有效接触区第1个等分点所受的载荷;Fn表示轴承有效接触区第n个等分点所受的载荷;Fve表示轴承有效接触长度内的平均载荷,并以FaTC来表示轴承有效接触长度内受到的载荷。结果如表3,4所示。

  表3后艉轴轴承有效接触长度与该轴等分点序号有效接触区各等分点载荷F/(x104N)表4前艉轴轴承有效接触长度与该轴等分点序号有效接触区各等分点载荷F/ 3.2艉轴承有效接触长度对轴系固有频率的影响从表1,2和,3的计算结果可以看出,艉轴承的有效接触长度不同,轴系振动的固有频率也发生变化。随着轴承有效接触长度的降低,轴系振动的固有频率也逐渐降低。其中,后艉轴轴承有效接触长度对轴系的低阶(1阶,2阶)振动固有频率影响较大,并且轴系转动时,***关心的***是轴系的低频振动,所以后艉轴轴承的支承状态应给予足够多的重视。而前艉轴轴承的有效接触长度对轴系振动固有频率的影响主要体现在4~5阶上,随着有效接触长度的降低,轴系固有频率降低。但对1~2阶振动频率的影响相对较小,因此前艉轴轴承的磨损对轴系的影响不大。

  3.3艉轴承有效接触长度对轴承所受载荷的影响从表3,4的计算结果可以看出,艉轴承的有效接触长度的不同,轴承接触区所受的载荷也随之变化:(1)随着轴承有效接触长度的降低,也即随着艉轴倾角的逐渐增大,艉轴承所受的载荷明显逐渐增大;(2)随着轴承有效接触区长度的降低,轴承出现边缘效应。如表3,4所示,轴承接触区两端的载荷******,且增长***快。并且接触区的载荷分布不均匀,从两边缘向中间递减。而接触载荷的增加必然导致轴承润滑的油膜厚度逐渐变小。当轴承的负载增大到定值时,将导致油膜的厚度小于轴承与轴的平均粗糙度,发生固态摩擦,对艉轴承的正常工作带来严重的影响。并且由于艉轴承布置在艉轴管中,使其在航行中不易检修,所以,在船舶轴系的布置安装时,应尽量减低艉轴的压力。

  润滑与密封4结论随着艉轴承有效接触长度的降低,轴系振动的固有频率也随之降低。其中以后艉轴承的有效接触长度变化对轴系低频固有频率的影响较为突出。当有效接触长度减少到对应的低阶固有频率接近轴系在运行工况下的固有频率时,将引起共振,严重破坏轴承、齿轮和柴油机的运行。

  随着艉轴承有效接触长度的降低,轴承接触区的负载显著增加,并产生边缘效应。当轴承载荷达到定值时,将破坏润滑油膜,使轴承与轴发生干接触,破坏轴承的结构,引起轴系的振动。

  鉴于轴承的有效接触长度的影响,可采取以下措施:对轴系进行合理校中,以降低艉轴承的负荷;改善艉轴承的材料,采用软制弹性高分子材料,使其在高压比作用下易发生弹性变形,以达到增大有效接触长度的目的。

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